類器官培養(yǎng)全周期記錄研究方法分享
類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的常用方法是使用顯微鏡拍攝，該方法需要將類器官頻繁拿出培養(yǎng)箱，影響類器官培養(yǎng)環(huán)境。那么有什么新的方法可以彌補(bǔ)這種不足呢？本文介紹了一種新方法-使用活細(xì)胞成像系統(tǒng)，置于培養(yǎng)箱內(nèi)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像，監(jiān)測(cè)類器官變化情況。我們分析了新方法對(duì)比常用方法的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)列舉了幾篇活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)應(yīng)用在類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的高分文章，這些文章發(fā)表于《Bioactive Materials》、《Advanced Science》、《Cell Reports》等期刊。該方法獲得了科研人員的認(rèn)可，在類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中被廣泛使用，新方法的可靠性得到了證實(shí)。
近年來，類器官（Organoids）引起了大家的廣泛關(guān)注。類器官是指利用成體干細(xì)胞或多能干細(xì)胞進(jìn)行體外三維（3D）培養(yǎng)而形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的組織類似物，能在體外模擬人體器官結(jié)構(gòu)和功能。
已被開發(fā)出來的類器官包括小腸、胃、肺、大腦、肝臟、胰腺、腎臟、心臟、、卵巢等。隨著多種類器官的問世，類器官已經(jīng)被逐漸應(yīng)用于精準(zhǔn)醫(yī)療、疾病建模、藥物篩選、基因編輯、再生醫(yī)學(xué)、胚胎發(fā)育等各種領(lǐng)域，在人類疾病和生物醫(yī)藥方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作步驟：
1.選取適當(dāng)?shù)募?xì)胞株：根據(jù)研究需要選取合適的細(xì)胞株。一般來說，類器官培養(yǎng)中選擇的細(xì)胞株應(yīng)具有較好的生長(zhǎng)能力、易于培養(yǎng)和容易形成球體等特點(diǎn)。
2.培養(yǎng)細(xì)胞：將選定的細(xì)胞株在含有類器官培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，直至其生長(zhǎng)到合適的密度。
3.形成類器官：將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到低附著性的培養(yǎng)皿中進(jìn)行類器官培養(yǎng)。一般來說，可以使用含有低濃度瓊脂的培養(yǎng)液，使細(xì)胞自由生長(zhǎng)并形成球體。
4.處理類器官：根據(jù)研究需要，可對(duì)形成的球體進(jìn)行處理。例如，可以添加藥物或改變培養(yǎng)條件，觀察其對(duì)類器官的影響。
5.觀察類器官：使用顯微鏡等儀器觀察類器官的形態(tài)和狀況�？梢酝ㄟ^染色等方法進(jìn)一步研究其細(xì)胞和功能。
6.記錄結(jié)果：對(duì)觀察的結(jié)果進(jìn)行記錄，便于后續(xù)分析。
類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)雖已形成了一定的操作規(guī)范流程，但在類器官的培養(yǎng)觀察過程中仍存在一定的難點(diǎn)：
人工在顯微鏡下拍攝類器官圖像，耗時(shí)耗力；
頻繁拍攝圖像過程中會(huì)影響類器官培養(yǎng)環(huán)境；
孔板內(nèi)各孔的類器官培養(yǎng)情況無法全面呈現(xiàn)；
光學(xué)顯微鏡觀察類器官獲得的數(shù)據(jù)分析有限。
奎克泰生物的JuLI™系列實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠?yàn)轭惼鞴賹?shí)驗(yàn)提供所需要的工具。無需復(fù)雜人工操作，省時(shí)省力；無需頻繁取出樣本影響穩(wěn)定生長(zhǎng)環(huán)境；可全面呈現(xiàn)類器官培養(yǎng)情況；可獲取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠放置于培養(yǎng)箱內(nèi)，具有全自動(dòng)X-Y-Z軸、三色熒光、自動(dòng)/手動(dòng)對(duì)焦、Z-Stack、圖像拼接等功能�？梢詫�(duì)類器官進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，拍攝記錄生長(zhǎng)周期的全過程，在保持類器官生長(zhǎng)環(huán)境穩(wěn)定的情況下，同時(shí)對(duì)類器官拍照，形成視頻，提供類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的量化結(jié)果。
JuLI™ Stage拍攝類器官實(shí)驗(yàn)流程：
以下來自世界各地知名機(jī)構(gòu)發(fā)布的3篇文章中，均為使用JuLI™系列活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)做的類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)：
1.猶他州立大學(xué)生物工程系的研究團(tuán)隊(duì)在《Bioactive Materials》期刊發(fā)表題為“A matrigel-free method to generate matured human cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays”的文章，研究人員開發(fā)了一種基于3D打印的新型微孔培養(yǎng)平臺(tái)，該平臺(tái)不使用基質(zhì)膠或外部信號(hào)分子（如SMAD和Wnt抑制劑）。利用人類多能干細(xì)胞（iPSCs）培養(yǎng)腦類器官，使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)記錄的對(duì)照組（CON）和微孔組第7天擬胚體（EB）的代表性明場(chǎng)圖像（三種幾何形狀（LRC、HRC、HRF）和兩種涂層（mPEG、Lipidure）），結(jié)果表明mPEG材料性能優(yōu)于Lipidure。此外，使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)在第7天、12天、15天、20天對(duì)腦類器官進(jìn)行成像，結(jié)果顯示腦類器官的生長(zhǎng)和折疊過程。
2.韓國(guó)大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》期刊發(fā)表題為“Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord-Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization”的文章，研究人員為了解神經(jīng)發(fā)育過程中細(xì)胞模式和軸形成的生物學(xué)原理，提供了一種簡(jiǎn)單可控的生成空間有序的類器官的方法。利用人多能干細(xì)胞（hPSCs）培養(yǎng)模擬對(duì)稱斷裂，產(chǎn)生具有自組織的背腹側(cè)組織的極化脊髓類器官（pSCOs）。用10 μM SB和3 μM Chir處理人胚胎干細(xì)胞（hESC），使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)類器官形成情況，結(jié)果表明hESC集落的中心部分明顯突出，在形態(tài)上類似于“發(fā)芽”。
3.紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與藥學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在《Cell Reports》期刊發(fā)表題為“Cell Lineage Tracing Identifies Hormone-Regulated and Wnt-Responsive Vaginal Epithelial Stem Cells”的文章，研究人員使用單細(xì)胞RNA測(cè)序（RNA-seq）來定義陰道上皮細(xì)胞中不同的細(xì)胞群并開發(fā)了陰道類器官。在該研究中，使用了JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)對(duì)小鼠陰道上皮細(xì)胞進(jìn)行類器官成像，使用單個(gè)小鼠陰道上皮細(xì)胞培養(yǎng)類器官。使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)對(duì)第1、2、4、7、14、21天進(jìn)行成像。結(jié)果表明，在第7天，類器官的中心形成了一個(gè)分化的基底上細(xì)胞層 (箭頭所指) ，培養(yǎng)到第21天，管腔內(nèi)充滿粘液分泌物。
更多使用案例期待您的發(fā)現(xiàn)！
參考文獻(xiàn)
[1]Yang S, Hu H, Kung H, et al. Organoids: The current status and biomedical applications[J]. MedComm, 2023, 4(3):e274.（IF9.9）
[2]Chen C, Rengarajan V, Kjar A, et al. A matrigel-free method to generate matured humn cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays[J]. Bioactive Materials, 2021, 6(4): 1130-1139.（IF18.9）
[3]Seo K, Cho S, Shin H, et al. Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord‐Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization[J]. Advanced Science,2023:2301787.（IF15.1）
[4]Ali A, Syed S M, Jamaluddin M F B, et al. Cell lineage tracing identifies hormone-regulated and Wnt-responsive vaginal epithelial stem cells[J]. Cell reports, 2020, 30(5): 1463-1477.e7.（IF8.8）
近年來，類器官（Organoids）引起了大家的廣泛關(guān)注。類器官是指利用成體干細(xì)胞或多能干細(xì)胞進(jìn)行體外三維（3D）培養(yǎng)而形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的組織類似物，能在體外模擬人體器官結(jié)構(gòu)和功能。
已被開發(fā)出來的類器官包括小腸、胃、肺、大腦、肝臟、胰腺、腎臟、心臟、、卵巢等。隨著多種類器官的問世，類器官已經(jīng)被逐漸應(yīng)用于精準(zhǔn)醫(yī)療、疾病建模、藥物篩選、基因編輯、再生醫(yī)學(xué)、胚胎發(fā)育等各種領(lǐng)域，在人類疾病和生物醫(yī)藥方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
圖片來源：Corrò C, Novellasdemunt L, Li VSW. A brief history of organoids. Am J Physiol Cell Physiol. 2020 Jul 1;319(1):C151-C165. doi: 10.1152/ajpcell.00120.2020. Epub 2020 May 27. PMID: 32459504; PMCID: PMC7468890.
類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作步驟：
1.選取適當(dāng)?shù)募?xì)胞株：根據(jù)研究需要選取合適的細(xì)胞株。一般來說，類器官培養(yǎng)中選擇的細(xì)胞株應(yīng)具有較好的生長(zhǎng)能力、易于培養(yǎng)和容易形成球體等特點(diǎn)。
2.培養(yǎng)細(xì)胞：將選定的細(xì)胞株在含有類器官培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，直至其生長(zhǎng)到合適的密度。
3.形成類器官：將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到低附著性的培養(yǎng)皿中進(jìn)行類器官培養(yǎng)。一般來說，可以使用含有低濃度瓊脂的培養(yǎng)液，使細(xì)胞自由生長(zhǎng)并形成球體。
4.處理類器官：根據(jù)研究需要，可對(duì)形成的球體進(jìn)行處理。例如，可以添加藥物或改變培養(yǎng)條件，觀察其對(duì)類器官的影響。
5.觀察類器官：使用顯微鏡等儀器觀察類器官的形態(tài)和狀況�？梢酝ㄟ^染色等方法進(jìn)一步研究其細(xì)胞和功能。
6.記錄結(jié)果：對(duì)觀察的結(jié)果進(jìn)行記錄，便于后續(xù)分析。
類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)雖已形成了一定的操作規(guī)范流程，但在類器官的培養(yǎng)觀察過程中仍存在一定的難點(diǎn)：
人工在顯微鏡下拍攝類器官圖像，耗時(shí)耗力；
頻繁拍攝圖像過程中會(huì)影響類器官培養(yǎng)環(huán)境；
孔板內(nèi)各孔的類器官培養(yǎng)情況無法全面呈現(xiàn)；
光學(xué)顯微鏡觀察類器官獲得的數(shù)據(jù)分析有限。
奎克泰生物的JuLI™系列實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠?yàn)轭惼鞴賹?shí)驗(yàn)提供所需要的工具。無需復(fù)雜人工操作，省時(shí)省力；無需頻繁取出樣本影響穩(wěn)定生長(zhǎng)環(huán)境；可全面呈現(xiàn)類器官培養(yǎng)情況；可獲取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠放置于培養(yǎng)箱內(nèi)，具有全自動(dòng)X-Y-Z軸、三色熒光、自動(dòng)/手動(dòng)對(duì)焦、Z-Stack、圖像拼接等功能�？梢詫�(duì)類器官進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，拍攝記錄生長(zhǎng)周期的全過程，在保持類器官生長(zhǎng)環(huán)境穩(wěn)定的情況下，同時(shí)對(duì)類器官拍照，形成視頻，提供類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的量化結(jié)果。
JuLI™ Stage拍攝類器官實(shí)驗(yàn)流程：
以下來自世界各地知名機(jī)構(gòu)發(fā)布的3篇文章中，均為使用JuLI™系列活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)做的類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)：
1.猶他州立大學(xué)生物工程系的研究團(tuán)隊(duì)在《Bioactive Materials》期刊發(fā)表題為“A matrigel-free method to generate matured human cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays”的文章，研究人員開發(fā)了一種基于3D打印的新型微孔培養(yǎng)平臺(tái)，該平臺(tái)不使用基質(zhì)膠或外部信號(hào)分子（如SMAD和Wnt抑制劑）。利用人類多能干細(xì)胞（iPSCs）培養(yǎng)腦類器官，使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)記錄的對(duì)照組（CON）和微孔組第7天擬胚體（EB）的代表性明場(chǎng)圖像（三種幾何形狀（LRC、HRC、HRF）和兩種涂層（mPEG、Lipidure）），結(jié)果表明mPEG材料性能優(yōu)于Lipidure。此外，使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)在第7天、12天、15天、20天對(duì)腦類器官進(jìn)行成像，結(jié)果顯示腦類器官的生長(zhǎng)和折疊過程。
2.韓國(guó)大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》期刊發(fā)表題為“Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord-Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization”的文章，研究人員為了解神經(jīng)發(fā)育過程中細(xì)胞模式和軸形成的生物學(xué)原理，提供了一種簡(jiǎn)單可控的生成空間有序的類器官的方法。利用人多能干細(xì)胞（hPSCs）培養(yǎng)模擬對(duì)稱斷裂，產(chǎn)生具有自組織的背腹側(cè)組織的極化脊髓類器官（pSCOs）。用10 μM SB和3 μM Chir處理人胚胎干細(xì)胞（hESC），使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)類器官形成情況，結(jié)果表明hESC集落的中心部分明顯突出，在形態(tài)上類似于“發(fā)芽”。
3.紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與藥學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在《Cell Reports》期刊發(fā)表題為“Cell Lineage Tracing Identifies Hormone-Regulated and Wnt-Responsive Vaginal Epithelial Stem Cells”的文章，研究人員使用單細(xì)胞RNA測(cè)序（RNA-seq）來定義陰道上皮細(xì)胞中不同的細(xì)胞群并開發(fā)了陰道類器官。在該研究中，使用了JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)對(duì)小鼠陰道上皮細(xì)胞進(jìn)行類器官成像，使用單個(gè)小鼠陰道上皮細(xì)胞培養(yǎng)類器官。使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)對(duì)第1、2、4、7、14、21天進(jìn)行成像。結(jié)果表明，在第7天，類器官的中心形成了一個(gè)分化的基底上細(xì)胞層 (箭頭所指) ，培養(yǎng)到第21天，管腔內(nèi)充滿粘液分泌物。
更多使用案例期待您的發(fā)現(xiàn)！
參考文獻(xiàn)
[1]Yang S, Hu H, Kung H, et al. Organoids: The current status and biomedical applications[J]. MedComm, 2023, 4(3):e274.（IF9.9）
[2]Chen C, Rengarajan V, Kjar A, et al. A matrigel-free method to generate matured humn cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays[J]. Bioactive Materials, 2021, 6(4): 1130-1139.（IF18.9）
[3]Seo K, Cho S, Shin H, et al. Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord‐Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization[J]. Advanced Science,2023:2301787.（IF15.1）
[4]Ali A, Syed S M, Jamaluddin M F B, et al. Cell lineage tracing identifies hormone-regulated and Wnt-responsive vaginal epithelial stem cells[J]. Cell reports, 2020, 30(5): 1463-1477.e7.（IF8.8）
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